Nueva lente para radiación del orden del terahercio fabricada mediante impresión 3D alimentada por luz

Bastante gente conoce bien las diferentes secciones del espectro electromagnético, no solo la de la luz visible. Pero hay una sección o subsección en la que no se suele pensar mucho, de la que es poco lo que se sabe, y que, hasta hace poco, raramente era estudiada. Se la denomina radiación del orden del terahercio, y tiene importantes aplicaciones potenciales en visualización y comunicaciones.

Esta región del terahercio es una especie de espacio poco explorado entre la franja de las microondas y la banda infrarroja. Una cantidad creciente de científicos intentan explorar a fondo este espacio porque saben que su espectro es capaz de transportar mucha información.

El equipo de Cheng Sun y Fan Zhou, de la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Universidad del Noroeste en Illinois, Estados Unidos, ha utilizado metamateriales e impresión 3D para desarrollar una lente novedosa que trabaja en las frecuencias del orden del terahercio. No solo posee mejores capacidades de visualización que las lentes normales, sino que abre también la puerta hacia más avances tecnológicos en el misterioso reino de estas frecuencias.

Las lentes típicas tienen muchísimos componentes para contrarrestar sus imperfecciones intrínsecas. A veces, los sistemas modernos de visualización apilan varias lentes para proporcionar un rendimiento de visualización óptimo, pero esta capacidad vuelve mucho más caro y complejo al sistema que se valga de ella.

La longitud focal de una lente está determinada por su curvatura y su índice de refracción, que dan forma a la luz a medida que entra. Sin una serie de componentes para contrarrestar las imperfecciones, las imágenes resultantes pueden ser borrosas o estar distorsionadas. La lente de Sun y Zhou, en cambio, emplea un gradiente para el índice de refracción. Este cambia a lo largo del espacio para crear imágenes carentes de fallos sin necesitar componentes correctores adicionales.

Hay dos factores principales que hacen posible esta nueva lente.

Uno de ellos es que está hecha de un metamaterial novedoso que exhibe propiedades que no son fácilmente accesibles en la naturaleza. Tales propiedades se originan a partir de sus diminutas estructuras, que son mucho más pequeñas que las longitudes de onda en la gama del terahercio. Ensamblando estas estructuras diminutas es factible crear una distribución específica de índices de refracción.

El segundo factor principal es que la lente fue fabricada con una técnica de impresión en 3D que proporciona una vía, barata, rápida y adaptable a la escala industrial, para producir las diminutas estructuras que se necesitan para que la lente opere en la banda de frecuencias del terahercio. La tecnología de impresión permitió a los investigadores fabricar el metamaterial para que encajara de forma precisa en sus diseños.

Para la impresión, utilizan un fotopolímero en forma líquida. Cuando iluminan el material, se vuelve sólido. Dicho material se moldea según la luz, lo que les permite a los científicos crear una estructura tridimensional. No es posible conseguir un índice de gradiente con los procesos de fabricación tradicionales.

La nueva lente podría obtener imágenes en la banda del terahercio, lo cual sería particularmente útil en seguridad, al resultar más barata, de mayor resolución y más fácilmente disponible que las alternativas convencionales. Si bien los rayos-X pueden detectar metales, no pueden hacer lo mismo con los plásticos o con bastantes sustancias químicas. Los escáneres del orden del terahercio, sin embargo, pueden detectar ambas clases de materiales, permitiendo así descubrir armas ocultas, armas biológicas como el ántrax, y explosivos plásticos. Y a diferencia de los rayos-X, la radiación del orden del terahercio es inofensiva para los humanos.

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